紫色甘薯(purple sweet potato)是栽培甘薯[Ipomoea batatas(L.)Lam.]中一个具有独特遗传性状和经济价值的特色品种类型,因块根呈深紫色而得名。紫色甘薯色素的分离和鉴定结果表明,其主要成分为花青素(cyanidin)。目前,植物花色素苷生物合成的基因表达、信号传导与调控的研究主要集中在花、果实和种子等器官。紫色甘薯的根及块根深埋于土壤中,处于完全遮光状态,却能大量积累花青素,呈现紫色或深紫色。紫色甘薯根中花青素生物合成的调控方式与植物花、果等地上器官的情形显然不同,可能存在一种全新的花青素合成与调控机制。花色素苷的生物合成受多种内外因素的共同调控,其中,光是重要的调节因素,探究光是如何调控紫色甘薯地下部分块根花青素的生物合成是一个具有重要生物学意义的理论问题;同时,如果揭示了地下部分花青素合成的机制、相关基因的功能和遗传规律,则可以应用基因学的原理,通过相应的技术来调控花青素的合成,从而可以为紫色甘薯的栽培及分子育种奠定理论和技术基础。本论文以紫色甘薯“山川紫”为试材,以白心甘薯“禺北白”为对照,在建立液体培养体系的基础上,对不同光照条件下两种试材中花青素的积累及相关合成酶基因的表达进行分析。主要得到以下结论:1.紫色甘薯液体培养体系的建立。采用紫色甘薯品种“山川紫”为试材,以株高增长量、新增叶片数、最大叶片面积、根数、根长和根鲜重等为指标,对影响紫色甘薯在液体培养条件下生长的因素进行了研究。试验结果及单因子方差分析表明,在Hoagland培养液培养中,取自紫色甘薯植株中部茎段的插条生长状态显著强于取自顶部或基部茎段的插条;在以清水、1/4 Hoagland、1/2 Hoagland、Hoagland、1/4 MS、1/2 MS和MS为培养液进行紫色甘薯液体培养时,以1/2Hoagland的培养效果最佳。2.光调控紫色甘薯花青素的生物合成。全株光照、上部光照处理促进“山川紫”和“禺北白”叶片、叶柄和茎中花青素的积累,下部光照和全黑暗处理抑制其花青素的积累;全株光照、上部光照和下部光照处理促进“山川紫”根中花青素的积累,全黑暗处理抑制其花青素的积累;地上部位是接受光信号的主要部位。3.光影响紫色甘薯不同部位糖类的积累。全株光照、上部光照处理促进“山川紫”和“禺北白”叶片、叶柄、茎和根中糖分的积累,下部光照和全黑暗处理抑制其糖分的积累,地上部位是接受光信号、进行光合作用的主要部位。4.“山川紫”和“禺北白”中某些相关酶基因的表达受光调控,即光照促进其表达,黑暗抑制其表达;光信号的接受部位也有不同,有些酶基因光信号接受部位是地上部分,有些地上和地下部分的都是光信号接受部位。“山川紫”和“禺北白”中有些相关酶基因的表达不受光调控。“山川紫”和“禺北白”叶柄中的CHS,“山川紫”根和“禺北白”叶片、叶柄和根中的CHI,“山川紫”根和“禺北白”叶柄和根中的F3′H及“禺北白”叶柄中的DFR和ANS都不受光调控;除此之外,其余酶基因均受光调控,其中,“山川紫”叶片中的CHS、CHI、F3H、F3′H和叶柄中的CHI、F3H、F3′H、DFR、ANS及“禺北白”叶片中的CHS、F3′H、DFR和茎中全部六个基因,地下和地上部分都是其光信号的接受部位。“山川紫”叶片中DFR和ANS及茎中全部六个酶基因光信号的接受光信号的部位是地上部分。